تاثیر افزودن منگنز بر مقاومت به اکسیداسیون Ti-48Al تولید شده به روش آلیاژسازی مکانیکی

مهندسی متالورژی و مواد

مقاله 1، دوره 27، شماره 1، اسفند 1394، صفحه 93-106   

نوع مقاله: یادداشت پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/ma.v27i1.33240

نویسندگان

هادی کریمی¹؛ احمد زارع^{* 2}؛ مرتضی هادی¹؛ محسن صادقی³؛ علی قاسمی⁴

¹دانشگاه صنعتی مالک اشتر

²صنعتی شریف

³صنعتی مالک اشتر

⁴دانشگاه صنعتی مالک اشتر اصفهان

چکیده

آلومیناید تیتانیم و آلیاژهای آن، از خواص منحصر به فردی نظیر چگالی پایین (تقریباً g/cm3 4)، دمای ذوب بالا (تقریباً °C1460) و استحکام دمای بالای عالی برخوردارند و بههمین دلیل، در سال های اخیر مورد توجه صنایعی مانند خودروسازی، هوافضا و نیروگاهی قرار گرفته اند. ترکیب بین فلزی Ti-48Al و آلیاژهای آن با 5/1، 3 و 5 درصد (اتمی) منگنز، بهروش آلیاژسازی مکانیکی با یک آسیای سیّاره ای از جنس کاربید تنگستن و با گلوله هایی از همین جنس تحت محیط گاز آرگون بهمدّت زمان 50 ساعت با استفاده از پودرهای عنصری تولید شدند. برای چگالش پودرها، از عملیّات فشردن سرد با حداکثر نیروی 40 تن استفاده شد و عملیّات حرارتی تحت گاز آرگون در دمای °C 1050 و در یک کوره ی الکتریکی لوله-ای از جنس کوارتز، انجام شد. نتایج آزمون پراش پرتوی ایکس نشان دادند که افزودن منگنز به ترکیب Ti-48Al حین آلیاژسازی مکانیکی، سبب تشکیل فاز جدیدی در مجموعهی آلومیناید تیتانیم نشده است. مشاهدات میکروسکُپ الکترونی روبشی از نمونه های چگالش یافته نشان دادند که پیوند ذرات پودری بهخوبی در دمای عملیّات حرارتی °C 1050 برقرار شده است. نتایج سختی سنجی نشان دادند که سختی ترکیب Ti-48Al در حدود 1/22 راکول سی می باشد که با افزودن منگنز به آن تا 5 درصد اتمی، به تقریباً 7/40 راکول سی افزایش می یابد. ارزیابی رفتار اکسایش نشان داد که مقاومت به اکسایش ترکیب Ti-48Al-5Mn در دمای °C 900، اندکی کمتر (حدود g 015/0) از مقاومت به اکسایش Ti-48Al می باشد. افزون بر این، برعکس آلیاژ Ti-48Al-5Mn، در زمان های اکسایش بیشتر از 14000 ثانیه، ترکیب Ti-48Al به اکسایش حالت پایا رسیده است. تصویرهای میکروسکُپ الکترونی روبشی و نتایج آزمون طیف سنجی توزیع انرژی نشان دادند که علّت کم تر بودن مقاومت به اکسایش آلیاژ حاوی 5 درصد منگنز در مقایسه با Ti-48Al، تشکیل روتیل بر روی سطوح اکسید شده ی Ti-48Al-5Mn در دمای °C 900 می باشد.

کلیدواژه‌ها

آمورف؛ آلومیناید تیتانیم آلیاژی؛ تخلخل؛ آلومینا؛ روتیل

مراجع

1. Zhang, D.L, Yu, H.B. and Chen, Y.Y., "Mechanical properties and fracture behaviour of nanostructured and ultrafine structured TiAl alloys synthesised by mechanical milling of powders and hot isostatic pressing", Materials Science Forum ,Vol. 683 , pp. 149-1, (2011).
2. Yu, H.B., Zhang, D.L., Chena, Y.Y., Cao, P. and Gabbitas, B., "Synthesis of an ultrafine grained TiAl based alloy by subzero temperature milling and HIP, its microstructure and mechanical properties", Journal of Alloys and Compounds, Vol. 474, pp. 105-112, (2009).
3. Wenbin, F., Lianxi, H., Wenxiong, H., Erde, W. and Xiaoqing, L., "Microstructure and properties of a TiAl alloy prepared by mechanical milling and subsequent reactive sintering", Materials Science and Engineering A, Vol. 403, pp. 186–190, (2005).
4. Zhang, W.J., Chen, G.L., Appel, F., Nieh, T.G. and Deevi, S.C., "A preliminary study on the creep behavior ofTi–45Al–10Nb alloy", Materials Science and Engineering A, Vol. 315 (1-2), pp. 250-253, (2001).
5. Lu, X., He, X.B., Zhang, B., Qu, X.H., Zhanga, L., Guob, Z.X. and Tian, J.J., "High-temperature oxidation behavior of TiAl-based alloys fabricated by spark plasma sintering", Journal of Alloys and Compounds, Vol. 478, pp. 220-225,(2009).
6. Zhao, L.L., Li, G.Y., Zhang, L.Q., Lin, J.P., Song, X.P., Ye, F. and Chen, G.L., "Influence of Y addition on the long time oxidation behaviors of high Nb containing TiAl alloys at 900 ◦C" , Intermetallics, Vol. 18, pp. 1586-1596, (2010).
7. Lee D., "Effect of Cr, Nb, Mn, V, W and Si on High Temperature Oxidation of TiAl Alloys", Metals and Materials International, Vol. 11, pp.141-147, (2005).
8. Vojtech, D., Popela, T., Kubasek, J., Maixner, J. and Novak, P., "Comparison of Nb- and Ta-effectiveness for improvement of the cyclic oxidation resistance of TiAl-based intermetallics", Intermetallics, Vol. 19, pp. 493-501, (2011).
9. Shida, Y. and Anada, H., "The Influence of ternary element addition on the oxidation behaviour of TiAI intermetallics compound in high temperature air", Corrosion Science, Vol. 35, pp. 945-953, (1993).
10. Venketaraman, G., Jackson, A.G., Teal, K.R. and Froes F.H., "The influence of Nb addition on structure and properties of rapidly solidified intermetallics", Materials Science and Engineering, Vol. 98, pp. 257-263, (1988).
11. Suryanarayana, C., "Mechanical alloying and milling", Progress in Materials Science, New York, pp. 1-184, (2001).
12. Jnuhong, Z., Baiyun, H. and Yuehui, H., "Synthesis of amorphous Ti-Al alloys by mechanical alloying of elemental powders", Transactions of Nonferrous Metals society, Vol.12, pp. 610-614, (2002).
13. Kumaran, S., Sasikumar, T., Arockiakumar, R. and Srinivasa Rao, T., "Nanostructured titanium aluminides prepared by mechanical alloying and subsequent thermal treatment", Powder Technology, Vol. 185, pp. 124-130, (2008).
14. Erschbaumer, H., Podloucky, R., Rogl, P. and Temnitschka, G., "Atomic modelling of Nb, V, Cr, and Mn substitutions in γ-TiAl. I: c/aratio and site preference", Intermetallics, Vol. 1, pp. 99-106, (1993).
15. جرمن، ر.م، "متالورژی پودر"، ترجمه ناصریان ریابی، م. و حائریان اردکانی ع.، دانشگاه فردوسی مشهد، صفحات25-400، (1385).
16. Wang, Y.H., Lin, J.P., He, Y.H., Lu, X., Wang, Y.L. and Chen, G.L., "Microstructure and mechanical properties of high Nb containing TiAl alloys by reactive hot pressing", Journal of Alloys and Compounds, Vol. 461, pp. 367-372, (2008).
17. Appel, F., Paul, J.D.H.and Oehring, M., "Gamma titanium aluminide alloys, science and technology", Wiley-VCH Verlag and Co. KGaA, Boschstr, Weinheim, Germany, Vol. 12, pp. 40-77, (2011).
18. Reddy, R.G., Wen, X., and Divakar, M., "Isothermal Oxidation of TiAl Alloy", Metallurgical and Materials Transactions A, Vol. 32A, pp. 2357-2362, (2000).
19. Locci, I.E., Brady, M.P., MacKay, R.A. and Smith, J.W., "Very long term oxidation of Ti-48Al-2Cr-2Nb at 704 ◦C in air", Scripta Materialia, Vol. 37, pp. 761-766, (1997).
20. Schutze, M. and Hald, M., "Improvement of the oxidation resistance of TiAl alloys by using the chlorine effect", Materials Science and Engineering A, Vol. 239, pp. 847-858, (1997).